JP6581720B2 - Optical distance measurement system - Google Patents

Optical distance measurement system Download PDF

Info

Publication number
JP6581720B2
JP6581720B2 JP2018512348A JP2018512348A JP6581720B2 JP 6581720 B2 JP6581720 B2 JP 6581720B2 JP 2018512348 A JP2018512348 A JP 2018512348A JP 2018512348 A JP2018512348 A JP 2018512348A JP 6581720 B2 JP6581720 B2 JP 6581720B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plane
optical
incident
plane mirror
laser beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2018512348A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018527574A (en
Inventor
ピーター ザイツ，
ピーター ザイツ，
アレクサンドル ルス，
アレクサンドル ルス，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of JP2018527574A publication Critical patent/JP2018527574A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6581720B2 publication Critical patent/JP6581720B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/008—Active optical surveying means combined with inclination sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Description

本発明は、平面鏡が備え付けられた対象物までの距離を測定するための光学システム及び光学的方法に関する。平面鏡の傾斜角は、正確に分かっていないが、時間とともに変化することがある。特に、本発明は、例えば、移動するピストンの距離を測定しなければならない管状システムの場合と同様に、平面鏡が平面鏡のサイズよりもずっと長い距離にわたって移動している光学的距離測定システムに関する。   The present invention relates to an optical system and an optical method for measuring a distance to an object equipped with a plane mirror. The tilt angle of a plane mirror is not exactly known, but can change over time. In particular, the invention relates to an optical distance measuring system in which the plane mirror is moved over a much longer distance than the size of the plane mirror, for example as in the case of a tubular system in which the distance of the moving piston has to be measured.

対象物と物理的接触をすることなく対象物までの距離を測定することは、多くの機械システムにおいて頻繁に遭遇する問題である。そのような問題の好ましい解決策は、往々にして光学的方法であり、この光学的方法では、適切な光源からの光が対象物を照射し、対象物から光が測定システムに反射される。そこで、光が光センサによって検出され、光センサの電子信号が所望の距離情報を得るために処理される。特許文献１〜４は、光学的方法の例を開示する。   Measuring the distance to an object without making physical contact with the object is a problem frequently encountered in many mechanical systems. A preferred solution to such a problem is often an optical method, in which light from a suitable light source illuminates the object and the light is reflected from the object to the measurement system. There, the light is detected by a light sensor and the electronic signal of the light sensor is processed to obtain the desired distance information. Patent Documents 1 to 4 disclose examples of optical methods.

欧州特許出願公開第２４８２０９４号European Patent Application Publication No. 2482094 米国特許出願公開第２０１５／００１９１６０号US Patent Application Publication No. 2015/0019160 米国特許第５４２４８３４号US Pat. No. 5,424,834 独国特許出願公開第４２１１８７５号German Patent Application No. 4211875

実際にしばしば遭遇する状況としては、被測定距離の変動が光路のいずれかの側に利用可能である空間よりもずっと長いことである。結果として、光軸に近接して働く光学的測定方法を使用する必要がある。問題を解決するのに３つの根本的に異なる光学的測定方法が知られている。
（１）例えばＳ．Ｍａｃｋによって欧州特許出願公開第２４８２０９４号「Ｅｎｔｆｅｒｎｕｎｇｓｍｅｓｓｅｎｄｅｒ ｏｐｔｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ ｕｎｄ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ ｚｕｒ Ｏｂｊｅｋｔｅｒｆａｓｓｕｎｇ」に説明されている光飛行時間法。飛行時間法の実用上の利点は、飛行時間法による最大測定距離が、ほぼ無制限であることであり、月までの距離でさえ、そのような方法を用いて測定されている。しかし、約３×１０８ｍ／ｓの光の高速度のため、今日飛行時間法を用いて実現可能な距離精度は１ｍｍの程度であり、これは多くの機械システムには不十分である。
（２）コスト効果が高いレーザダイオードから利用可能な２００〜２０００ｎｍの範囲のコヒーレント光の小さな波長を利用する干渉計測法。したがって、干渉計測法の測定精度は、１００ｎｍをはるかに下回り、これはほとんどの機械システムには十分である。しかし、従来の干渉距離測定法は、単色干渉計測システムにおいて遭遇する周知の位相アンビギュイティ（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）問題に見舞われるので、絶対距離を求めるこができない。これは、例えばＫ．Ｔｈｕｒｎｅｒらによって米国特許出願公開第２０１５／００１９１６０号、「Ａｂｓｏｌｕｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」に説明されているように、多波長干渉計を用いて克服することができる。そのような距離測定システムの複雑性により、組み立てるのに、また動作時に安定化させるのに高価なものとなる。さらなる実用上の問題は、干渉距離測定法が平面鏡の傾斜に対して感受性が高いことである。平面鏡の向きが光軸に対して理想的な９０度からわずか０．１度偏移しても、実質的に干渉縞が変化し、すなわち、明視野が暗視野に変化することがある。
（３）これらの不利な点は、２つの異なる光軸を有する光学システムを利用する三角測量法によって克服することができる。ステレオ三角測量システムでは、対象物上の同一スポットが２つの異なる方向から観測される。能動三角測量システムでは、構造化光が１つの方向に沿って入射し、検討中の対象物上のその像が別の方向から観測される。そのような三角測量システムの例が、Ｊ．Ａｋｅｄｏらによって米国特許第５４２４８３４号、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｃｏａｒｓｅｎｅｓｓ ｏｆ ａ ｔａｒｇｅｔ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ」に説明されている。この三角測量法は、検討中の対象物に光スポットを生成するために、及び後方反射光の焦点を光センサ上に合わせるために、少なくとも３つの光学レンズシステムを必要とする。システムの複雑性は、例えば独国特許出願公開第４２１１８７５号、「Ｏｐｔｉｓｃｈｅｒ Ａｂｓｔａｎｄｓｓｅｎｓｏｒ」に説明されているように、測定光ビームを生成するのに１つ、及び検討中の対象物に光スポットを生成し、撮像するのに１つの、２つの光学レンズシステムだけを利用することによって低減することができる。２つの別々の光センサを利用することによって、対象物までの絶対距離と、測定スポットが生成される対象物表面の局所的傾斜とを同時に測定することが可能である。 A situation often encountered in practice is that the variation in measured distance is much longer than the space available on either side of the light path. As a result, it is necessary to use an optical measurement method that works close to the optical axis. Three fundamentally different optical measurement methods are known to solve the problem.
(1) For example Time-of-flight method as described by Mack in European Patent Application Publication No. 2482094 "Endfernungsmessender optoeletronics sensor unververhehren zur Objetfasting". A practical advantage of the time-of-flight method is that the maximum measurement distance by the time-of-flight method is almost unlimited, and even the distance to the moon is measured using such a method. However, due to the high speed of light of about 3 × 10 8 m / s, the distance accuracy achievable using the time-of-flight method today is on the order of 1 mm, which is insufficient for many mechanical systems.
(2) Interferometry using a small wavelength of coherent light in the range of 200-2000 nm available from a cost effective laser diode. Thus, the measurement accuracy of interferometry is well below 100 nm, which is sufficient for most mechanical systems. However, the conventional interference distance measurement method suffers from the well-known phase ambiguity problem encountered in monochromatic interferometry systems and cannot determine the absolute distance. This is, for example, K.K. This can be overcome using a multi-wavelength interferometer as described by Thurner et al. In US Patent Application Publication No. 2015/0019160, “Absolute distance laser interferometer”. The complexity of such a distance measurement system makes it expensive to assemble and stabilize during operation. A further practical problem is that the interference distance measurement method is sensitive to the tilt of the plane mirror. Even if the orientation of the plane mirror deviates from the ideal 90 degrees with respect to the optical axis by only 0.1 degrees, the interference fringes substantially change, that is, the bright field may change to the dark field.
(3) These disadvantages can be overcome by triangulation using an optical system with two different optical axes. In a stereo triangulation system, the same spot on the object is observed from two different directions. In an active triangulation system, structured light is incident along one direction and its image on the object under consideration is observed from another direction. An example of such a triangulation system is J. Akedo et al. In U.S. Pat. No. 5,424,834, “Optical displacement sensor for measurement of shape and coarseness of target worksurface”. This triangulation method requires at least three optical lens systems in order to generate a light spot on the object under consideration and to focus the back-reflected light on the light sensor. The complexity of the system is one for generating a measuring light beam and for generating a light spot on the object under consideration, for example as described in DE 4211875, “Optischer Absentersensor”. However, this can be reduced by utilizing only one, two optical lens system for imaging. By utilizing two separate optical sensors, it is possible to simultaneously measure the absolute distance to the object and the local tilt of the object surface where the measurement spot is generated.

本発明の一態様によれば、平面鏡が備え付けられた対象物までの距離を測定するための光学システムは、平面鏡に向かって光軸に沿ってレーザビームを投影するコヒーレント光源と、光軸上に配置される光学素子であって、入射するレーザビームを伝搬方向が互いに所定の角度にある２つのレーザビームに分岐し、且つ、入射するレーザビームを２つのレーザビームの伝搬方向によって生成された平面に対して向きが垂直である光のシートに広げる光学素子と、入射光強度分布を検出するように構成された１次元光センサと、を備えることができる。分岐された２つのレーザビームは、光学素子から平面鏡まで伝搬し、平面鏡によって反射された２つのレーザビームは、１次元光センサまで伝搬する。１次元光センサは、２つの極大を有する、反射された２つのレーザビームの入射光強度分布を検出し、反射された２つのレーザビームの位置は、平面鏡の距離と平面鏡の瞬間傾斜角とを計算するのに使用することができる。   According to one aspect of the present invention, an optical system for measuring a distance to an object equipped with a plane mirror includes a coherent light source that projects a laser beam along an optical axis toward the plane mirror, and an optical axis on the optical axis. An optical element arranged to split an incident laser beam into two laser beams whose propagation directions are at a predetermined angle with each other, and the incident laser beam generated by the propagation directions of the two laser beams And an optical element that spreads on a sheet of light that is perpendicular to and a one-dimensional photosensor configured to detect an incident light intensity distribution. The two branched laser beams propagate from the optical element to the plane mirror, and the two laser beams reflected by the plane mirror propagate to the one-dimensional photosensor. The one-dimensional optical sensor detects the incident light intensity distribution of two reflected laser beams having two maxima, and the positions of the two reflected laser beams are determined by the distance between the plane mirror and the instantaneous tilt angle of the plane mirror. Can be used to calculate.

本発明の一態様によれば、光学素子は、１次元光検出器の上方に配置することができる。   According to one aspect of the present invention, the optical element can be disposed above the one-dimensional photodetector.

本発明の一態様によれば、光学素子は、透明材料でできた円柱レンズでもよい。   According to one aspect of the present invention, the optical element may be a cylindrical lens made of a transparent material.

本発明の一態様によれば、光学素子は、平坦な入力面と、互いにある角度をなした２つの平坦な平面からなる出射面とを有することができる。平坦な入力面は、反射防止膜を設けた平面入射面と、ミラーコーティングを施した平面反射面とを有することができる。出射面の第１の平坦な平面には反射膜を設けることができ、出射面の第２の平坦な平面には反射防止膜を設けることができる。コヒーレント光源からのレーザビームは、平面入射面に入射し、出射面の第１の平坦な平面まで伝搬し、入射するレーザビームの一方の部分は、第１の平坦な平面から第１の方向に沿って外へ伝搬していてもよい。入射するレーザビームの他方の部分は、平坦な入力面の平面反射面に向かって第１の平坦な平面によって反射することができ、入射するレーザビームの他方の部分は、平面反射面において反射することができ、出射面の第２の平坦な平面から第２の方向に沿って外へ伝搬していてもよい。   According to one aspect of the present invention, the optical element can have a flat input surface and an output surface composed of two flat surfaces that are at an angle to each other. The flat input surface can have a plane incidence surface provided with an antireflection film and a plane reflection surface provided with a mirror coating. A reflective film can be provided on the first flat plane of the emission surface, and an antireflection film can be provided on the second flat plane of the emission surface. The laser beam from the coherent light source is incident on the plane incident surface and propagates to the first flat plane of the exit surface, and one part of the incident laser beam is in the first direction from the first flat plane. And may propagate outward. The other part of the incident laser beam can be reflected by the first flat plane toward the flat reflecting surface of the flat input surface, and the other part of the incident laser beam is reflected by the planar reflecting surface. And may propagate outward along the second direction from the second flat plane of the exit surface.

本発明の一態様によれば、光センサは、光ダイオードのアレイ又はＣＣＤラインとして製作された画素の１次元配列から成ることができる。画素の形状は長方形でもよい。   According to one aspect of the invention, the photosensor can consist of a one-dimensional array of pixels fabricated as an array of photodiodes or CCD lines. The shape of the pixel may be a rectangle.

周知の光学的距離測定方法の、説明した複雑性及び測定精度限界は、特にシンプルで、ロバスト性があり、コンパクトな光学的三角測量法を実施した、上記の本発明によるシステムによって克服することができる。平面鏡が備え付けられた対象物までの距離は、任意の光学レンズシステムを必要とすることなく、入射光の焦点を平面鏡で合わせたり、反射光の像を光センサ上に生成したりすることも必要とすることなく測定される。更に、２つの主要パラメータが、すなわち、平面鏡の距離と平面鏡の傾斜角とが同時に測定される。   The described complexity and measurement accuracy limits of the known optical distance measurement methods can be overcome by the above-described system according to the present invention, which implements a particularly simple, robust and compact optical triangulation method. it can. The distance to the object equipped with a plane mirror is also required to focus the incident light with a plane mirror or generate an image of reflected light on the photosensor without the need for any optical lens system It is measured without. In addition, two main parameters are measured simultaneously: the distance of the plane mirror and the tilt angle of the plane mirror.

本発明は、以下の本発明の詳細な説明を検討するとき、よりよく理解され、上記の対象物以外の対象物が明らかとなるであろう。そのような説明は付属の図面を参照する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学システムの斜視図である。 図２は、図１に例示される光学システムの上面図である。 図３は、反射鏡が光軸に関して理想的な９０度の向きに対して角度βで設定された状況での別の上面図である。 図４は、入射するレーザビームを互いにある角度を為す２つのビームに分割するのに必要な第１の光学機能の一実施形態を示す上面図である。 図５は、入射光強度分布Ｐ（ｘ）を１次元光センサ上の横方向位置の関数として示す図である。 The present invention will be better understood and objects other than those described above will become apparent when reviewing the following detailed description of the invention. Such description refers to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view of the optical system illustrated in FIG. FIG. 3 is another top view in a situation where the reflector is set at an angle β with respect to an ideal 90 degree orientation with respect to the optical axis. FIG. 4 is a top view showing an embodiment of the first optical function required to split an incident laser beam into two beams that make an angle with each other. FIG. 5 is a diagram showing the incident light intensity distribution P (x) as a function of the lateral position on the one-dimensional photosensor.

本発明の一実施形態の基本的な目的は、平面鏡が備え付けられた対象物までの距離を測定するための光学システム及び光学的方法を提供することである。   The basic object of an embodiment of the present invention is to provide an optical system and optical method for measuring the distance to an object equipped with a plane mirror.

本発明の一実施形態の他の目的は、光学撮像レンズシステムなしで実施することができ、したがって、実現されたシステムがシンプルで、ロバスト性があり、コンパクトで且つコスト効果が高い、光学的距離測定システムを提供することである。   Another object of an embodiment of the present invention can be implemented without an optical imaging lens system, and thus the realized system is simple, robust, compact and cost effective, optical distance. To provide a measurement system.

本発明の一実施形態の別の目的は、平面鏡の傾斜角を許容することができる光学的距離測定システムを提供することである。これは、平面鏡の距離と平面鏡の傾斜角とを同時に測定することによって達成される。   Another object of an embodiment of the present invention is to provide an optical distance measurement system that can tolerate the tilt angle of a plane mirror. This is achieved by simultaneously measuring the distance of the plane mirror and the tilt angle of the plane mirror.

本発明の一実施形態の更に別の目的は、光軸のすべての側に対して小さな横方向の範囲を用いて実施することができる光学的距離測定システムを提供することである。このようにして、円筒中を移動する、平面鏡が備え付けられたピストン状の対象物の距離を、管形状で実施されたこの光学的距離測定システムを用いて測定することができる。   Yet another object of an embodiment of the present invention is to provide an optical distance measurement system that can be implemented with a small lateral extent on all sides of the optical axis. In this way, the distance of a piston-like object moving in a cylinder and equipped with a plane mirror can be measured using this optical distance measuring system implemented in the form of a tube.

前述の課題を考慮しつつ、本発明の一実施形態は、図１及び図２に例示する光学システムを用いて実現される。図１及び図２に例示されるように、光学的距離測定システム１は、コヒーレント光源１０（レーザ光源）と、コヒーレント光源１０の正面の１つ又は２つの光学素子２０及び２１と、１次元光センサ３０と、を含む。光学的距離測定システム１は、１次元光センサ３０から、平面鏡４０が備え付けられた対象物までの絶対距離Ｌを計算することができる。システム１の説明を簡単にするために、対象物なしの平面鏡４０を図に例示する。図１及び図２において、平面鏡４０は、光軸Ａに対して９０度の角度で配列され、１次元光センサ３０は、２つの光シートＬ２’及びＬ３’の絶対位置を求めることができる。   In consideration of the above-described problems, an embodiment of the present invention is realized using the optical system illustrated in FIGS. 1 and 2. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the optical distance measuring system 1 includes a coherent light source 10 (laser light source), one or two optical elements 20 and 21 in front of the coherent light source 10, and one-dimensional light. Sensor 30. The optical distance measurement system 1 can calculate the absolute distance L from the one-dimensional optical sensor 30 to the object on which the plane mirror 40 is provided. In order to simplify the description of the system 1, a plane mirror 40 without an object is illustrated in the figure. 1 and 2, the plane mirror 40 is arranged at an angle of 90 degrees with respect to the optical axis A, and the one-dimensional optical sensor 30 can determine the absolute positions of the two optical sheets L2 'and L3'.

コヒーレント光源１０は、細いレーザビームＬ１を放射し、レーザビームＬ１は、光学素子２０及び２１によって変更される。光学素子２１又は２２の一方は、入射するレーザビームＬ１を互いに角度αを為す２つのビームＬ２及びＬ３に分岐する。このような光学素子の好ましい実施形態を図４に例示する。光学素子２１又は２２の他方は、１つ又は複数の入射するレーザビームを伝搬方向に対して垂直となる方向に広げる。このような光学素子の好ましい実施形態は、ガラス又はプラスチックなどの透明材料からできた円柱レンズである。光学デバイス２０及び２１が物理的に互いに近接している限り、光学デバイス２０及び２１の順序は実用上重要ではない。光学素子２０及び２１を用いて実施された２つの光学機能を組み合わせて１つの単一の光学素子にすることも可能である。いずれの場合でも、入射するレーザビームＬ１を光シートＬ２及びＬ３に広げる方向は、分岐されたレーザビームＬ２及びＬ３の伝搬方向によって生成された平面に対して垂直でなければならない。   The coherent light source 10 emits a thin laser beam L1, which is changed by the optical elements 20 and 21. One of the optical elements 21 or 22 branches the incident laser beam L1 into two beams L2 and L3 that make an angle α with each other. A preferred embodiment of such an optical element is illustrated in FIG. The other of the optical elements 21 or 22 spreads one or more incident laser beams in a direction perpendicular to the propagation direction. A preferred embodiment of such an optical element is a cylindrical lens made of a transparent material such as glass or plastic. As long as the optical devices 20 and 21 are physically close to each other, the order of the optical devices 20 and 21 is not practically important. It is also possible to combine two optical functions implemented using the optical elements 20 and 21 into one single optical element. In any case, the direction in which the incident laser beam L1 is spread on the light sheets L2 and L3 must be perpendicular to the plane generated by the propagation direction of the branched laser beams L2 and L3.

光シートＬ２及びＬ３は、平面鏡４０によって反射され、平面鏡４０は光軸上を移動することができ、光学検出器システム３０に対する平面鏡４０の距離を求めなければならない。反射された光シートＬ２’及びＬ３’は、１次元光センサ３０に入射し、位置３１及び３２において検出される。次いで、測定された２つの位置３１及び３２は、図２及び図３に例示されるように、光学検出器システム３０までの平面鏡４０の絶対距離Ｌを計算するのに使用される。図２及び図３は、１次元光センサ３０上の２つの光シートＬ２’及びＬ３’の位置を利用して平面鏡４０の絶対距離Ｌを計算するための、２つの光シートＬ２及びＬ３の光路と仮想光源１１の構造とを示す。   The light sheets L2 and L3 are reflected by the plane mirror 40, which can move on the optical axis and the distance of the plane mirror 40 relative to the optical detector system 30 must be determined. The reflected light sheets L <b> 2 ′ and L <b> 3 ′ enter the one-dimensional optical sensor 30 and are detected at positions 31 and 32. The two measured positions 31 and 32 are then used to calculate the absolute distance L of the plane mirror 40 to the optical detector system 30, as illustrated in FIGS. 2 and 3 show the optical paths of the two light sheets L2 and L3 for calculating the absolute distance L of the plane mirror 40 using the positions of the two light sheets L2 ′ and L3 ′ on the one-dimensional photosensor 30. FIG. And the structure of the virtual light source 11 are shown.

図２は、光学検出器システム３０からの平面鏡４０の距離Ｌを計算するのに使用される光学構造を例示する。光ビームスプリッタ２１（又は２０）は、１次元光センサ３０の感光面のちょうど上に配置されるとする。光ビームスプリッタ２１は、角度２αだけ分離された２つの異なる方向に伝搬する２つの光のシートＬ２及びＬ３を生成する。反射鏡４０を光軸Ａに対して９０度の理想的な角度で配置した場合、光ビームスプリッタ２１が光シートＬ２及びＬ３を生成する点に対応する仮想点１１が光軸Ａ上に生成される。仮想点１１と光軸Ａ上の放射／検出位置（光センサ３０）との間の距離は、２Ｌで与えられる。この対称の場合、光シートＬ２’及びＬ３’は、対称位置３１及び３２において１次元光センサ３０によって検出される。位置３１と３２との間の測定された距離Ｄ、及び２つの放射された光シートＬ２とＬ３との間の既知の角度２αは、Ｌ＝Ｄ／（４ｔａｎ（α））により平面鏡４０の距離Ｌを計算するのに使用することができる。   FIG. 2 illustrates the optical structure used to calculate the distance L of the plane mirror 40 from the optical detector system 30. It is assumed that the light beam splitter 21 (or 20) is disposed just above the photosensitive surface of the one-dimensional photosensor 30. The light beam splitter 21 generates two sheets of light L2 and L3 propagating in two different directions separated by an angle 2α. When the reflecting mirror 40 is arranged at an ideal angle of 90 degrees with respect to the optical axis A, the virtual point 11 corresponding to the point where the light beam splitter 21 generates the optical sheets L2 and L3 is generated on the optical axis A. The The distance between the virtual point 11 and the radiation / detection position (optical sensor 30) on the optical axis A is given by 2L. In the case of this symmetry, the light sheets L2 'and L3' are detected by the one-dimensional photosensor 30 at the symmetrical positions 31 and 32. The measured distance D between the positions 31 and 32 and the known angle 2α between the two emitted light sheets L2 and L3 is the distance of the plane mirror 40 by L = D / (4 tan (α)). Can be used to calculate L.

実際には、平面鏡４０を光軸Ａに対して確実に理想的な９０度の向きにすることはしばしば可能ではなく、この平面鏡４０の傾斜角は、時間とともに変化することがある。本発明の一実施形態に係る光学システムにおいて、この状況は、図３に例示するように、反射された光シートＬ２’及びＬ３’が１次元光センサ３０によって検出される絶対位置ｄ１及びｄ２を使用することによって解決される。平面鏡４０の傾斜角βがゼロ度に等しくない場合、検出された位置ｄ１及びｄ２も等しくなく、距離Ｌと平面鏡傾斜角βとを計算するために、検出された位置ｄ１及びｄ２の値を三角測量角度αの正確な知識とともに使用することができ、距離Ｌ及び平面鏡傾斜角βは両方とも他のパラメータの三角関数、すなわち、Ｌ（α，ｄ１，ｄ２）及びβ（α，ｄ１，ｄ２）である。   In practice, it is often not possible to ensure that the plane mirror 40 is in an ideal 90 degree orientation with respect to the optical axis A, and the tilt angle of the plane mirror 40 may change over time. In the optical system according to the embodiment of the present invention, this situation is obtained by measuring the absolute positions d1 and d2 at which the reflected light sheets L2 ′ and L3 ′ are detected by the one-dimensional photosensor 30 as illustrated in FIG. It is solved by using. If the tilt angle β of the plane mirror 40 is not equal to zero degrees, the detected positions d1 and d2 are also not equal, and the values of the detected positions d1 and d2 are triangulated to calculate the distance L and the plane mirror tilt angle β. Can be used with accurate knowledge of the survey angle α, the distance L and the plane mirror tilt angle β are both trigonometric functions of other parameters, ie L (α, d1, d2) and β (α, d1, d2) It is.

本発明の一実施形態に係る光学的距離測定システム１における主要構成要素は、入射するレーザビームＬ１を２つの伝搬するレーザビームＬ２及びＬ３にそれらの伝搬方向の間に角度２αをつけて分岐することができる光学構成要素２１又は２２のうちの１つである。そのような光学構成要素の第１の好ましい実施形態が、ｎλ／２の（ピークとピークの間の）変調度及びλ／ｔａｎ（α）の格子周期を有する正弦波位相格子であり、ここで、ｎは格子材料の屈折の指数を示し、λはレーザ光の波長である。レーザダイオードの波長は温度の関数として変化し、結果として、三角測量角度２αもレーザダイオードの温度の関数として変化することは周知である。これらの温度変動を適度に低く維持することができない場合、ビーム分岐構成要素の第２の好ましい実施形態を図４に例示し、その場合、三角測量角度２αは、レーザ光の波長にほんのわずかしか依存しない。ビームスプリッタは、光学的透明構成要素５０から成り、光学的透明構成要素５０は、下部が透明であり、上部が反射するように作られた、１つの平坦な入力面を有し、及び、一方が半透鏡とされ、他方が透明である、互いに小さな角度を為した２つの平坦な平面から成る出射面を有する、１片の光学的透明材料からなる。この透明な構成要素５０では、入射するレーザビームＬ１が、適切な反射防止膜を設けた平面入射面５１に、ある角度で入射する。構成要素５０の内側では、レーザビームＬ１が５０％反射膜を設けた平面５２まで伝搬しており、したがって、レーザビームＬ１の一方の部分は、第１の方向Ｄ１に沿って構成要素５０から外へ伝搬しており、レーザビームＬ１の他方の部分は、ミラーコーティングを施した平面５３に反射される。第２のレーザビームは、平面５３において反射され、平面５３から、適切な反射防止膜を設けた平面５４まで伝搬している。第２のレーザビームは、構成要素５０から方向Ｄ２内に伝搬しており、したがって、方向Ｄ１とＤ２との間の角度が三角測量角度２αと等しくなる。この三角測量角度は、平面５１、５２、５３及び５４のうちの少なくとも１つが他の平面に対してある角度で向いている場合、ゼロとは異なる。   The main component in the optical distance measuring system 1 according to an embodiment of the present invention is to split an incident laser beam L1 into two propagating laser beams L2 and L3 with an angle 2α between their propagation directions. One of the optical components 21 or 22 that can be. A first preferred embodiment of such an optical component is a sinusoidal phase grating having a modulation factor of nλ / 2 (between peaks) and a grating period of λ / tan (α), where , N represents the index of refraction of the grating material, and λ is the wavelength of the laser beam. It is well known that the wavelength of the laser diode changes as a function of temperature, and as a result, the triangulation angle 2α also changes as a function of the temperature of the laser diode. If these temperature fluctuations cannot be kept reasonably low, a second preferred embodiment of the beam branching component is illustrated in FIG. 4, in which case the triangulation angle 2α is only marginal to the wavelength of the laser light. Do not depend. The beam splitter consists of an optically transparent component 50, which has a flat input surface made such that the lower part is transparent and the upper part is reflective, and Is made of a piece of optically transparent material with an exit surface consisting of two flat surfaces at a small angle to each other, which is a semi-transparent mirror and the other is transparent. In this transparent component 50, the incident laser beam L1 is incident at a certain angle on the plane incident surface 51 provided with an appropriate antireflection film. Inside the component 50, the laser beam L1 propagates to the plane 52 provided with the 50% reflective film, and therefore one part of the laser beam L1 is out of the component 50 along the first direction D1. The other part of the laser beam L1 is reflected by the plane 53 on which the mirror coating is applied. The second laser beam is reflected on the plane 53 and propagates from the plane 53 to the plane 54 provided with an appropriate antireflection film. The second laser beam propagates from component 50 in direction D2, so the angle between directions D1 and D2 is equal to triangulation angle 2α. This triangulation angle is different from zero if at least one of the planes 51, 52, 53 and 54 is oriented at an angle with respect to the other planes.

本発明の別の実施形態において、光学素子２０及び２１は、２つのレーザビームのスイッチを別々にオン及びオフすることができる機能を含む。このようにして、光センサ３０は、第１の測定が第１のレーザビームのスイッチだけをオンにして（第２のレーザビームのスイッチがオフにされている間）実行され、第２のレーザビームのスイッチをオンにして（第１のレーザビームのスイッチがオフにされている間）第２の測定が後に続くので、一度に１つのレーザビーム位置だけを検出する必要がある。この時系列測定により、例えばＰＳＤ（位置敏感デバイス）などの追加の１次元光センサの種類の使用が可能になる。そのような実施形態を実現する単純な代替は、互いに三角測量角度２αを為した、レーザビームを放射する２つの別々のレーザ光源を使用することであり、各レーザ光源の正面において、光シートを形成する光学素子が配置される。   In another embodiment of the invention, optical elements 20 and 21 include the ability to switch on and off the two laser beams separately. In this way, the optical sensor 30 performs the first measurement with only the first laser beam switched on (while the second laser beam is switched off) and the second laser Since the second measurement follows with the beam switched on (while the first laser beam is switched off), only one laser beam position needs to be detected at a time. This time series measurement allows the use of additional one-dimensional photosensor types such as PSD (position sensitive devices). A simple alternative to realize such an embodiment is to use two separate laser light sources emitting a laser beam, with a triangulation angle 2α from each other, with a light sheet in front of each laser light source. The optical element to be formed is arranged.

１次元光センサ３０は、位置３１及び３２において入射光シートＬ２’及びＬ３’によって生成された光分布を感知する。光センサ３０の好ましい実施形態は、例えば光ダイオードアレイ又はＣＣＤ（電荷結合素子）ラインとして製作された画素の１次元配列から成る。レーザビームの使用は、結果として光検出器上のスペックルパターンとなるので、画素形状が、長い側面が光シートＬ２’及びＬ３’の方向に平行であり、したがって、そのようなスペックルパターンの影響が空間的平均化によって低減される、長方形である場合有利である。   The one-dimensional photosensor 30 senses the light distribution generated by the incident light sheets L2 'and L3' at positions 31 and 32. A preferred embodiment of the photosensor 30 consists of a one-dimensional array of pixels, for example, fabricated as a photodiode array or CCD (charge coupled device) line. The use of a laser beam results in a speckle pattern on the photodetector, so that the pixel shape has long sides parallel to the direction of the light sheets L2 ′ and L3 ′, and thus It is advantageous if it is a rectangle whose influence is reduced by spatial averaging.

光センサ３０は、図５に概略的に例示するように光分布を検出する。横方向位置ｘの関数としての光検出器信号Ｐ（ｘ）は、位置ｘ１及びｘ２において２つの極大を示し、それらは知られている信号処理アルゴリズムを用いて求めることができる。一例として、１次元光強度分布Ｐ（ｘ）の極大を画素周期の１％よりも良い精度で求めることができるアルゴリズムがＰ．Ｓｅｉｔｚによって「Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｃａｍｅｒａｓ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．２７、Ｎｏ．５、５３５〜５４０ページ、１９８８年７月に説明されている。   The optical sensor 30 detects the light distribution as schematically illustrated in FIG. The photodetector signal P (x) as a function of the lateral position x exhibits two maxima at positions x1 and x2, which can be determined using known signal processing algorithms. As an example, an algorithm that can determine the maximum of the one-dimensional light intensity distribution P (x) with an accuracy better than 1% of the pixel period is P.I. See "Optical superresolution using solid-state cameras and digital signal processing" by Seitz, Optical Engineering Vol. 27, no. 5, pp. 535-540, July 1988.

このようにして、Ｐ（ｘ）の２つの極大の位置ｘ１及びｘ２を高い精度で求めることができる。次いで、この情報は、光センサ３０に対する光軸Ａの位置ｘ０の知識とともに使用して、ｄ１＝ｘ０−ｘ１及びｄ２＝ｘ２−ｘ０を計算する。距離Ｌ（α，ｄ１，ｄ２）及び平面鏡傾斜角β（α，ｄ１，ｄ２）が両方とも２つのパラメータｄ１及びｄ２並びに角度αの関数であるので、この知識を用いてＬ及びβの値を計算することができる。   In this way, the two maximum positions x1 and x2 of P (x) can be obtained with high accuracy. This information is then used with knowledge of the position x0 of the optical axis A relative to the optical sensor 30 to calculate d1 = x0-x1 and d2 = x2-x0. Since the distance L (α, d1, d2) and the plane mirror tilt angle β (α, d1, d2) are both functions of the two parameters d1 and d2 and the angle α, this knowledge is used to determine the values of L and β. Can be calculated.

本発明の一実施形態に係る光学的距離測定システム１の性能の実例として、２度の角度α及び５μｍの画素周期を有する光検出器アレイを検討する。Ｐ（ｘ）の２つの極大の位置ｘ１及びｘ２を求めることができる精度が画素周期の１％であるとすると、距離Ｄ＝ｘ２−ｘ１は、精度ΔＤ＝√２×５０ｎｍで求めることができ、それは７０．７ｎｍにほぼ等しい。図２に例示する対称の場合に対応して、平面鏡傾斜角がゼロである場合、距離Ｌを測定することができる精度ΔＬは、ΔＬ＝ΔＤ／（４ｔａｎ（α））で与えられ、それは０．５１μｍにほぼ等しい。   As an example of the performance of the optical distance measurement system 1 according to one embodiment of the present invention, consider a photodetector array having an angle α of 2 degrees and a pixel period of 5 μm. If the accuracy at which the two maximum positions x1 and x2 of P (x) can be obtained is 1% of the pixel period, the distance D = x2-x1 can be obtained with an accuracy ΔD = √2 × 50 nm. , Which is approximately equal to 70.7 nm. Corresponding to the symmetric case illustrated in FIG. 2, when the plane mirror tilt angle is zero, the accuracy ΔL with which the distance L can be measured is given by ΔL = ΔD / (4 tan (α)), which is 0 Approximately equal to 51 μm.

光検出器アレイが２０４８画素から成るとすると、センサラインの全長、したがって、Ｄの最大値も１０．２４ｍｍである。結果として、この構成で測定することができる最大距離Ｌは、Ｌｍａｘで与えられ、それはほぼ７０ｍｍに等しい。この例は、本発明の一実施形態に係る光学的距離測定デバイスを実現することができるコンパクトさを例示する。検討された例において、それは少なくとも１０．２４ｍｍの直径の管状空間を必要とするだけであり、結果として、平面鏡の傾斜角がゼロであることを条件として、約７０ｍｍの有効な測定長となる。 If the photodetector array consists of 2048 pixels, the total length of the sensor line, and therefore the maximum value of D, is also 10.24 mm. As a result, the maximum distance L that can be measured with this configuration is given by L max , which is approximately equal to 70 mm. This example illustrates the compactness with which an optical distance measuring device according to an embodiment of the invention can be realized. In the example considered, it only requires a tubular space with a diameter of at least 10.24 mm, resulting in an effective measurement length of about 70 mm, provided that the plane mirror tilt angle is zero.

１…光学的距離測定システム、１０…コヒーレント光源、２０，２１…光学素子、３０…１次元光センサ、３１，３２…位置、４０…平面鏡、５０…構成要素，５１，５２，５３，５４…平面、Ｌ１…レーザビーム、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ２’、Ｌ３’…光シート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical distance measuring system, 10 ... Coherent light source, 20, 21 ... Optical element, 30 ... One-dimensional optical sensor, 31, 32 ... Position, 40 ... Plane mirror, 50 ... Component, 51, 52, 53, 54 ... Plane, L1... Laser beam, L2, L3, L2 ′, L3 ′.

Claims (8)

平面鏡が備え付けられた対象物までの距離を測定するための光学システムであって、
前記平面鏡に向かって光軸に沿ってレーザビームを投影するコヒーレント光源と、
前記光軸上に配置される光学素子であって、入射する前記レーザビームを伝搬方向が互いに所定の角度にある２つのレーザビームに分岐し、且つ、入射する前記レーザビームを前記２つのレーザビームの前記伝搬方向によって生成された平面に対して向きが垂直である光のシートに広げる、光学素子と、
入射光強度分布を検出するように構成された１次元光センサと、を備え、
前記分岐された２つのレーザビームは、前記光学素子から前記平面鏡まで伝搬し、前記平面鏡によって反射された前記２つのレーザビームは、前記１次元光センサまで伝搬し、
前記１次元光センサは、２つの極大を有する、前記反射された２つのレーザビームの前記入射光強度分布を検出し、前記反射された２つのレーザビームの位置は、前記平面鏡の前記距離及び前記平面鏡の瞬間傾斜角を計算するのに使用することができる、光学システム。 An optical system for measuring the distance to an object equipped with a plane mirror,
A coherent light source that projects a laser beam along an optical axis toward the plane mirror;
An optical element disposed on the optical axis, wherein the incident laser beam is branched into two laser beams whose propagation directions are at a predetermined angle, and the incident laser beam is divided into the two laser beams. An optical element that spreads on a sheet of light whose direction is perpendicular to the plane generated by the propagation direction of
A one-dimensional photosensor configured to detect an incident light intensity distribution;
The two branched laser beams propagate from the optical element to the plane mirror, and the two laser beams reflected by the plane mirror propagate to the one-dimensional photosensor,
The one-dimensional optical sensor detects the incident light intensity distribution of the reflected two laser beams having two maxima, and the positions of the two reflected laser beams are the distance of the plane mirror and the An optical system that can be used to calculate the instantaneous tilt angle of a plane mirror. 前記光学素子は、透明材料からなる円柱レンズである、請求項１に記載の光学システム。 The optical system according to claim 1, wherein the optical element is a cylindrical lens made of a transparent material. 前記光学素子は、平坦な入力面と、互いにある角度をなした２つの平面から成る出射面とを有する、請求項１又は２に記載の光学システム。 3. The optical system according to claim 1, wherein the optical element has a flat input surface and an output surface composed of two planes formed at an angle to each other. 前記平坦な入力面は、反射防止膜を設けた平面入射面と、ミラーコーティングを施した平面反射面とを有し、
前記出射面の第１の平坦な平面に反射膜を設け、前記出射面の第２の平坦な平面に反射防止膜を設け、
前記コヒーレント光源からの前記レーザビームが、前記平面入射面に入射し、前記出射面の前記第１の平坦な平面まで伝搬し、入射する前記レーザビームの一方の部分が、前記第１の平坦な平面から第１の方向に沿って外へ伝搬し、入射する前記レーザビームの他方の部分が、前記平坦な入力面の前記平面反射面に向かって前記第１の平坦な平面によって反射され、入射する前記レーザビームの前記他方の部分が、前記平面反射面において反射され、前記出射面の前記第２の平坦な平面から第２の方向に沿って外へ伝搬している、請求項３に記載の光学システム。 The flat input surface has a plane incident surface provided with an antireflection film, and a plane reflection surface provided with a mirror coating,
Providing a reflection film on the first flat plane of the emission surface, providing an antireflection film on the second flat plane of the emission surface;
The laser beam from the coherent light source is incident on the plane incident surface, propagates to the first flat plane of the exit surface, and one portion of the incident laser beam is the first flat surface. The other part of the incident laser beam propagating out of the plane along the first direction from the plane is reflected by the first flat plane toward the plane reflecting surface of the flat input surface and incident. the other part of the laser beam is reflected at the flat reflective surface, propagating from the second flat plane of the exit surface to the outside along the second direction, according to claim 3 Optical system. 前記１次元光センサが、光ダイオードアレイ又はＣＣＤラインとして製作された画素の１次元配列から成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学システム。 The one-dimensional optical sensor, consisting of a one-dimensional array of the fabricated pixel as a photodiode array or a CCD line, an optical system according to any one of claims 1-4. 前記画素の形状が長方形である、請求項５に記載の光学システム。 The optical system according to claim 5 , wherein a shape of the pixel is a rectangle. 前記光学素子は、前記２つのレーザビームのスイッチを別々にオン及びオフする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学システム。 The optical system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the optical element separately turns on and off the switches of the two laser beams. 平面鏡が備え付けられた対象物までの距離を測定するための光学システムであって、
それぞれがレーザビームを前記平面鏡に向かって光軸に沿って投影する２つのコヒーレント光源と、
前記２つの光軸上に配置される光学素子であって、入射する前記レーザビームを、前記２つのレーザビームの伝搬方向によって生成された平面に対して向きが垂直である光のシートに広げる、光学素子と、
入射光強度分布を検出するように構成された１次元光センサと、を備え、
前記２つのレーザビームは、前記光学素子から前記平面鏡まで伝搬し、前記平面鏡によって反射された前記２つのレーザビームは、前記１次元光センサまで伝搬し、
前記１次元光センサは、２つの極大を有する、前記反射された２つのレーザビームの前記入射光強度分布を検出し、前記反射された２つのレーザビームの位置は、前記平面鏡の前記距離と前記平面鏡の瞬間傾斜角とを計算するのに使用することができる、光学システム。 An optical system for measuring the distance to an object equipped with a plane mirror,
Two coherent light sources each projecting a laser beam along the optical axis towards the plane mirror;
An optical element disposed on the two optical axes, the incident laser beam being spread on a sheet of light whose direction is perpendicular to a plane generated by the propagation direction of the two laser beams; An optical element;
A one-dimensional photosensor configured to detect an incident light intensity distribution;
The two laser beams propagate from the optical element to the plane mirror, and the two laser beams reflected by the plane mirror propagate to the one-dimensional photosensor,
The one-dimensional optical sensor detects the incident light intensity distribution of the reflected two laser beams having two maxima, and the positions of the reflected two laser beams are the distance between the plane mirror and the distance An optical system that can be used to calculate the instantaneous tilt angle of a plane mirror.
JP2018512348A 2015-09-18 2015-09-18 Optical distance measurement system Expired - Fee Related JP6581720B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/004812 WO2017046832A1 (en) 2015-09-18 2015-09-18 Optical distance measuring system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018527574A JP2018527574A (en) 2018-09-20
JP6581720B2 true JP6581720B2 (en) 2019-09-25

Family

ID=54291571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018512348A Expired - Fee Related JP6581720B2 (en) 2015-09-18 2015-09-18 Optical distance measurement system

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10921448B2 (en)
JP (1) JP6581720B2 (en)
CH (1) CH713135B1 (en)
DE (1) DE112015006912T5 (en)
WO (1) WO2017046832A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694121C2 (en) * 2017-12-27 2019-07-09 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for determining beam orientation of the laser location facility
CN108955640A (en) * 2018-04-23 2018-12-07 中国科学院光电技术研究所 The restructural remote sensing camera in space based on synthetic aperture technique
CN117824514B (en) * 2024-03-05 2024-05-07 深圳市伟奇服装有限公司 Cloth flower width detection device

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1389444A (en) * 1971-03-09 1975-04-03 Sira Institute Apparatus for automatic inspection of materials
US3940203A (en) * 1975-04-01 1976-02-24 Farrand Optical Co., Inc. Image-forming apparatus
DE4211875A1 (en) 1990-10-09 1993-10-14 Zeiss Carl Fa Optical rangefinder with electronic correction for spot eccentricity - evaluates measurement error due to e.g. inclination of object surface in terms of spot displacement at second photodetector.
GB2266366B (en) * 1992-04-16 1996-04-24 Rank Taylor Hobson Ltd Angle detection
JPH0743251B2 (en) 1992-06-19 1995-05-15 工業技術院長 Optical displacement meter
JP3600881B2 (en) * 1993-12-27 2004-12-15 株式会社ニコン Interferometer and stage device
DE19752145A1 (en) 1997-11-25 1999-05-27 Hipp Johann F Optical supervision arrangement for vehicle interior
EP1067362A1 (en) 1999-07-09 2001-01-10 Hewlett-Packard Company Document imaging system
US6476944B1 (en) * 2000-10-18 2002-11-05 Joseph A. La Russa Image-forming apparatus
JP4445234B2 (en) * 2003-09-19 2010-04-07 株式会社リコー Optical scanning apparatus and image forming apparatus
GB0510338D0 (en) * 2005-05-20 2005-06-29 Isis Innovation Electromagnetic radiation pulse measurement apparatus and method
DE102005058873A1 (en) 2005-12-09 2007-06-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for measuring the surface of a body
EP1939581A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-02 Heliotis AG Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles
TWI654418B (en) * 2007-11-15 2019-03-21 巴哈馬商愛克斯崔里斯科技有限公司 Particle detector
JP2011242176A (en) 2010-05-14 2011-12-01 Bridgestone Corp Method and device for measuring shape of band-like member, and displacement sensor
EP2482094B1 (en) 2011-01-31 2013-06-12 Sick AG Distance measuring opto-electronic sensor and object detection method
DE102012214568A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 Leica Microsystems Cms Gmbh Optical arrangement and a microscope
EP2806246B1 (en) 2013-05-24 2019-11-20 Attocube Systems AG Dual laser interferometer
US9823457B2 (en) * 2014-01-08 2017-11-21 The Regents Of The University Of California Multiplane optical microscope

Also Published As

Publication number Publication date
CH713135B1 (en) 2018-10-15
US10921448B2 (en) 2021-02-16
DE112015006912T5 (en) 2018-05-24
JP2018527574A (en) 2018-09-20
WO2017046832A1 (en) 2017-03-23
US20200233082A1 (en) 2020-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9766326B2 (en) Laser tracker with calibration unit for self-calibration
US9285385B2 (en) Vector velocimeter
US4647193A (en) Optical target ranging apparatus
US7723657B2 (en) Focus detection apparatus having extended detection range
KR101596290B1 (en) Thickness Measuring Apparatus And Thickness Measuring Method
US9175987B2 (en) Displacement detecting device
JP2013517465A5 (en)
US7738112B2 (en) Displacement detection apparatus, polarization beam splitter, and diffraction grating
US20080174785A1 (en) Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles
TWI452262B (en) Interferometer system for simultaneous measurement of linear displacement and tilt angle
JP6581720B2 (en) Optical distance measurement system
RU2690723C1 (en) Method and device for automatic adjustment of mirror telescopes
KR20200078695A (en) Parallax compensation spatial filters
JP4721685B2 (en) Shape measuring method and shape measuring apparatus
US9297656B2 (en) Sensor arrangement having code element
US9945656B2 (en) Multi-function spectroscopic device
KR20160101312A (en) Apparatus for measuring distance
KR20180026997A (en) Optical rangefinder
JP6616650B2 (en) Distance measuring apparatus and method
JPH11201718A (en) Sensor device and distance measuring equipment
JP5421677B2 (en) Displacement measuring device using optical interferometer
RU2359224C2 (en) Laser unit for measurement of object surfaces separate areas deviations from referent direction
TWI427270B (en) Multi-beam interferometric displacement measurement system with one-dimensional ccd
RU2366893C1 (en) Device for measurement of angular and linear coordinates of object
WO2016002443A1 (en) Distance measurement device and method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190701

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190830

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6581720

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees